ANSYS软件学习经验总结及教程.doc

ANSYS学习经验总结ANSYS的使用主要是三个方面，前处理-建模与网格划分，加载设置求解，后处理，下面就前两方面谈一下自己的使用经验。（1）前处理-建模与网格划分要提高建模能力，需要注意以下几点：第一， 建议不要使用自底向上的建模方法，而要使用自顶向下的建模方法，充分熟悉BLC4，CYLIND等几条直接生成图元的命令，通过这几条命令参数的变化，布尔操作的使用，工作平面的切割及其变换，可以得到所需的绝大部分实体模型，由于涉及的命令少，增加了使用的熟练程度，可以大大加快建模的效率。第二， 对于比较复杂的模型，一开始就要在局部坐标下建立，以方便模型的移动，在分工合作将模型组合起来时，优势特别明显，同时，图纸中有几个定位尺寸，一开始就要定义几个局部坐标，在建模的过程中可避免尺寸的换算。第三， 注重建模思想的总结，好的建模思想往往能起到事半功倍的效果，比如说，一个二维的塑性成型问题，有三个部分，凸模，凹模，胚料，上下模具如何建模比较简单了，一个一个建立吗？完全用不着，只要建出凸凹模具的吻合线，用此线分割某个面积，然后将凹模上移即可。第四， 对于面网格划分，不需要考虑映射条件，直接对整个模型使用以下命令， MSHAPE,0,2D MSHKEY,2 ESIZE,SIZE 控制单元的大小，保证长边上产生单元的大小与短边上产生单元的大小基本相等，绝大部分面都能生成非常规则的四边形网格，对于三维的壳单元，麻烦一点的就是给面赋于实常数，这可以通过充分使用选择命令，将实常数相同的面分别选出来，用AATT，REAL，MAT，赋于属性即可。第五， 对于体网格划分，要得到比较漂亮的网格，需要使用扫掠网格划分，而扫掠需要满足严格的扫掠条件，因此，复杂的三维实体模型划分网格是一件比较艰辛的工作，需要对模型反复的修改，以满足扫掠条件，或者一开始建模就要考虑到后面的网格划分；体单元大小的控制也是一个比较麻烦的事情，一般要对线生成单元的分数进行控制，要提高划分效率，需要对选择命令相当熟悉；值得注意的是，在生成网格时，应依次生成单元，即一个接着一个划分，否则，可能会发现有些体满足扫掠的条件却不能生成扫掠网格。（2） 加载求解对于有限元模型的加载，相对而言是一件比较简单的工作，但当施加载荷或边界条件的面比较多时，需要使用选择命令将这些面全部选出来，以保证施加的载荷和边界条件的正确性。在ANSYS求解过程中，有时发现，程序并没有错误提示，但结果并不合理，这就需要有一定的力学理论基础来分析问题，运用一些技巧以加快问题的解决。对于非线性分析，一般都是非常耗时的，特别是当模型比较复杂时，怎样节约机时就显得尤为重要。当一个非线性问题求解开始后，不用让程序求解完后，发现结果不对，修改参数，又重新计算。而应该时刻观察求解的收敛情况，如果程序出现不收敛的情况，应终止程序，查看应力，变形，等结果，以调整相关设置；即使程序收敛，当程序计算到一定程度也要终止程序观看结果，一方面可能模型有问题，另一方面边界条件不对，特别是计算子模型时，数据输入的工作量大，边界位移条件出错的可能性很大，因而要根据变形结果来及时纠正数据，以免浪费机时，如果结果符合预期的话，可通过重启动来从终止的点开始计算。下面举两个例子说明：在做非均匀材料拉伸模拟材料颈缩现象的有限元数值计算时，对一个标准试件，一端固定，另一端加一个X方向的位移，结果发现在施加X方向的位移的一排节点产生了很大的Y方向位移，使得节点依附的单元变形十分扭曲，导致程序不收敛而终止，而中间的单元并没有太多变化。显然，可以分析在实验当中施加X方向的位移的一排节点是不应有Y方向的位移的，为了与实验相符应消除Y方向的位移，可同时施加一个Y方向的零约束，重新计算，结果得到了比较理想的颈缩现象，并可清楚的看到45度剪切带。在做金属拉拔的塑性成型有限元模拟时，简化为一个二维的轴对称问题，相对于三维的接触问题而言是比较简单的了，建模，划网格都很顺利，求解时发现程序不收敛，就调参数和求解设置，基本上作到了该做的设置，该调的参数都试过了，程序照样不收敛，几乎到了快放弃的地步，没办法只好重新开始考虑，发现刚体只倒了一个角，而另一个倒角开始时认为没有必要倒，因此，试着重新倒角再计算，问题一下子迎刃而解，程序收敛相当快，有限元计算结果相当漂亮。从以上两个例子也可以从中总结出一条：要把我们思考问题时的那些想当然的想法也要作为在分析问题时的检查对象。以下是学习具体经验总结：一 学习ANSYS需要认识到的几点相对于其他应用型软件而言，ANSYS作为大型权威性的有限元分析软件，对提高解决问题的能力是一个全面的锻炼过程，是一门相当难学的软件，因而，要学好ANSYS，对学习者就提出了很高的要求，一方面，需要学习者有比较扎实的力学理论基础，对ANSYS分析结果能有个比较准确的预测和判断，可以说，理论水平的高低在很大程度上决定了ANSYS使用水平；另一方面，需要学习者不断摸索出软件的使用经验不断总结以提高解决问题的效率。在学习ANSYS的方法上，为了让初学者有一个比较好的把握，特提出以下五点建议：（1）将ANSYS的学习紧密与工程力学专业结合起来毫无疑问，刚开始接触ANSYS时，如果对有限元，单元，节点，形函数等有限元单元法及程序设计中的基本概念没有清楚的了解话，那么学ANSYS很长一段时间都会感觉还没入门，只是在僵硬的模仿，即使已经了解了，在学ANSYS之前，也非常有必要先反复看几遍书，加深对有限元单元法及其基本概念的理解。作为工程力学专业的学生，虽然力学理论知识学了很多，但对许多基本概念的理解许多人基本上是只停留于一个符号的认识上，理论认识不够，更没有太多的感性认识，比如一开始学ANSYS时可能很多人都不知道钢材应输入一个多大的弹性模量是合适的。而在进行有限元数值计算时，需要对相关参数的数值有很清楚的了解，比如材料常数，直接关系到结果的正确性，一定要准确。实际上在学ANSYS时，以前学的很多基本概念和力学理论知识都忘得差不多了，因而遇到有一定理论难度的问题可能很难下手，特别是对结果的分析，需要用到材料力学，弹性力学和塑性力学里面的知识进行理论上的判断，所以在这种情况下，复习一下材料力学，弹性力学和塑性力学是非常有必要的，加深对基本概念的理解，实际上，适当的复习并不要花很多时间，效果却很明显，不仅能勾起遥远的回忆，加深理解，又能使遇到的问题得到顺利的解决。在涉及到复杂的非线性问题时（比如接触问题），一方面，不同的问题对应着不同的数值计算方法，求解器的选择直接关系到程序的计算代价和问题是否能顺利解决；另一方面，需要对非线性的求解过程有比较清楚的了解，知道程序的求解是如何实现的。只有这样，才能在程序的求解过程中，对计算的情况做出正确的判断。因此，要能对具体的问题选择什么计算方法做出正确判断以及对计算过程进行适当控制，对计算方法里面的知识必须要相当熟悉，将其理解运用到ANSYS的计算过程中来，彼此相互加强理解。要知道ANSYS是基于有限元单元法与现代数值计算方法的发展而逐步发展起来的。因此，在解决非线性问题时，千万别忘了复习一下计算方法。此外，对计算固体力学也要有所了解（一门非常难学的课），ANSYS对非线性问题处理的理论基础就是基于计算固体力学里面所讲到的复杂理论。作为学工程力学的学生，提高建模能力是非常急需加强的一个方面。在做偏向于理论的分析时，可能对建模能力要求不是很高，但对于实际的工程问题，有限元模型的建立可以说是一个最重要的问题，而后面的工作变得相对简单。建模能力的提高，需要掌握好的建模思想和技巧，但这只能治标不能治本，最重要的还是要培养较强看图纸的能力，而看图纸的能力培养一直是我们所忽视的，因此要加强对现代工程图学的回忆，最好能同时结合实际的操作。以上几个方面，只是说明在ANSYS的过程中，不要纯粹的把ANSYS当作一门功课来学，这样是不可能学好ANSYS的，而要针对问题来学，特别是遇到的新问题，首先要看它涉及到那些理论知识，最好能作到有所了解，然后与ANSYS相关设置结合起来，作到心中有数，不至于遇到某些参数设置时，没一点概念，不知道如何下手。工程力学专业更多的偏向于理论，往往觉得学了那么多的力学理论知识没什么用，不知道将来自己能作什么，而学ANSYS实际起到了沟通理论与实践的桥梁作用，使你能够感到所学的知识都能用上，甚至激发出对本专业的热爱。（2）多问多思考多积累经验学习ANSYS的过程实际上是一个不断解决问题的过程，问题遇到的越多，解决的越多，实际运用ANNSYS的能力才会越高。对于初学者，必将会遇到许许多多的问题，对遇到的问题最好能记下来，认真思考，逐个解决，积累经验。只有这样才会印象深刻，避免以后犯类似的错误，即使遇到也能很快解决。因此，建议一开始接触ANSYS就要注意以下三点：第一， 要多问，切记不要不懂就问。在使用ANSYS处理具体的问题时，虽然会遇到大量ERROR提示，实际上，其中许多ERROR经过自己的思考是能够解决的简单问题，只是由于缺乏经验才感觉好难。因此，首先一定要自己思考，实在自己解决不了的问题才去问老师，在老师帮你解决的问题的过程中，去享受恍然大悟的感觉。第二， 要有耐心，不要郁闷，多思考。对初学者而言，感觉ANSYS特别费时间，又作不出什么东西，没有成就感，容易产生心理疲劳，缺乏耐心。苦中作乐应是学ANSYS的人所必须保持的一种良好心态，往往就是那么一个ERROR要折磨你好几天，使问题没有任何进展，遇到这种情况要能调整自己的心态，坦然面对，要有耐心，针对问题积极思考，发现原因，坚信没有自己解决不了的问题，要能把解决问题当作一种乐趣，时刻让自己保持愉快的心情，真正当你对问题有突破性进展时，迎接的必定是巨大的成就感。第三， 注意经验的积累，不断总结经验。一方面，初学时，要注重自己经验的积累（前面两点说的就是这个问题），即在自己解决的问题中积累经验；另一方面，当灵活运用ANSYS的能力达到一定程度时，要注重积累别人的经验，把别人的经验为自己所用，使自己少走弯路，提高效率，方便自己问题的解决。对于ANSYS越学到后面就越感觉是一个经验问题，因为该懂得的基本都懂了，麻烦的就是一些参数的调试，需要的是用时间去摸索，对同一类型的问题，别人的参数已经调试好了，完全没有必要自己去调试，直接拿来用即可。（3）练习使用ANSYS最好直接找力学专业书后的习题来做这一点与学习ANSYS的一般方法相背，我开始学ANSYS时也是照着书上现成的例子做，但照着书上的做就是做不出来，实在没有耐心，就干脆从书上（如材力，弹力）直接找些简单的习题来做。尽管简单，但每一步都需要自己思考，只有思考了的东西才能成为自己的东西，慢慢的自己解决的问题多了，运用ANSYS的能力提高相当明显，这可能是我无意中对学ANSYS在方法上的一点创新吧。我觉得直接从书上找习题做有以下好处：第一， 从书上找习题练习是一种更加主动的学习方法，由于整个分析过程都要独立思考，实际上比照着书上练习难度更大。对初学者来说，照着书上练习很难理解为什么要这么做，因此，尽管做出来了，但以后遇到类似问题可能还是不知道 。第二， 书上现成的例子基本上是非常经典的，是不可能有错的，一旦需要独立解决问题时，由于没有对错误的处理经验，遇到错误还是得要从头摸索，可以说，ANSYS的使用过程就是一个解决ERROR的过程，ERROR实际上提供了问题的解决思路，而自己找问题做，由于水平并不高，必将会遇到大量的ERROR，对这些ERROR的解决，经验的积累就是ANSYS运用能力的提高。 第三， 将书上的习题用ANSYS来实现，可以将习题的理论结果和ANSYS计算的数值结果进行对比，验证ANSYS计算结果的正确性，比较两者结果的差异，分析产生差异的原因，加深对理论的理解，这是照着现成的例子练习所作不到的。 当然，并不就说书上的例子毫无用处，多多看下书上的例子可以对ANSYS的整个分析问题的过程有比较清楚的了解，还可以借鉴一些处理问题的方法。（四）保持带着问题去看ANSYS是怎样处理相关问题的良好习惯可能平时在看关于ANSYS的参考书籍时，对其中如何处理各种复杂问题的部分，看起来觉得也并不是很难理解，而一旦要自己处理一个复杂的非线性问题时，就有点束手无策，不知道所分析的问题与书上的讲的是怎么相关的。说明要将书上的东西真正用到具体的问题中还不是一件容易的事情。带着问题去看ANSYS是怎样处理相关问题的部分，可能是解决以上问题的一个好方法：当着手分析一个复杂的问题时，首先要分析问题的特征，比如一个二维接触问题，就要分析它是不是轴对称，是直线接触还是曲线接触（三维问题：是平面接触还是曲面接触），接触状态如何等等，然后带着这些问题特征，将ANSYS书上相关的部分有对号入座的看书，一遇到与问题有关的介绍就其与实际问题联系起来重点思考，理解了书上东西的同时问题也就解决了，这才真正将书上的知识变成了自己的东西，比如上个问题，如果是轴对称，就需要设置KEYOPT（3），如果是曲线接触就要设置相应的关键字以消除初始渗透和初始间隙。可能就会有这样的感慨：原来书上已经写得很清楚了，以前看书的时候怎么就没什么印象了。如果照着这种方法处理的问题多了的话，就会进一步体会到：其实，ANSYS的使用并不难，基本上是照着书上的说明一步一步作，并不需要思考多少问题，学ANSYS真正难得是将一个实际问题转化成一个ANSYS能够解决且容易解决的问题。这才是学习ANSYS所需要解决的一个核心问题，可以说其他一切问题都是围绕它而展开的。对于初学者而言，注重的是ANSYS的实际操作，而提高将一个实际问题转化成一个ANSYS能够解决且容易解决的问题 的能力是一直所忽视的，这可能是造成许多人花了很多时间学ANSYS，而实际应用能力却很难提高的一个重要原因。 （五）熟悉GUI操作之后再来使用命令流ANSYS一个最大的优点是可以使用参数化的命令流，因而，学ANSYS最终应非常熟练的使用命令流，一方面，可以大大提高解决问题的效率；另一方面，只有熟悉命令流之后，才会更方便的与人交流问题。老师一开始讲授ANSYS时往往把ANSYS吹得天昏地暗，其中一条必定是夸ANSYS的命令流是如何的方便，并且拿GUI与命令流大加对比一番。问题也确实如此，但对那些积极性相当高且有点好高骛远的同学可能就会产生误导：最终是要掌握命令流，学了GUI还去学命令流多麻烦诺，干脆直接学命令流算了，不是可以省很多事吗？如将这种想法付诸于实践的话往往是适得其反，不仅掌握命令流的效率底，而且GUI又不熟悉，结果使用ANSYS处理问题来就有点无所适从，两头用得都不爽。因此，初学者容易一心想着使用命令流，忽视对GUI操作的练习，难以认识到命令流与GUI的联系：没有对GUI的熟练操作要掌握好命令流是很难的，或者代价是很高的。直接去学命令流之所以难，一个是命令太多，不易知道那些命令是常用的，那些是不常用的，我们只要掌握最常用的就足够了，而如果GUI使用得多的话，就会很清楚那些命令是常用的（实现的目的一样），以后掌握命令流就有了针对性；另一个是一个命令的参数太多，同一个命令，通过参数的变化可以对应不同的GUI操作，事先头脑里没有GUI印象的话，对参数的变化可能就没有很多的体会，难以加深对参数的理解。因此，建议初学者不用管命令，踏踏实实的熟悉GUI操作，当GUI操作达到一定程度后，再去掌握命令流就是一件很容易的事情，当然也需要大量的练习。实际上，大多数使用者而言，基本上是将GUI操作与命令流结合起来使用，没有人会完全用命令流解决问题的，因为没有必要去记那么多命令，有些操作GUI用起来更加直观方便。一般而言，前处理熟悉使用命令流比较方便，求解控制里面使用GUI比较好。此外，还有一点初学者也需注意，一开始学ANSYS主要是熟悉ANSYS软件，掌握处理问题的一般方法，不是用它来解决很复杂的问题来体现你的能力有多强，一心只想着找有难度的问题来着，往往容易被问题挂死在一棵树上而失去了整片森林。因此，最好多找些容易点的，涉及到不同类型问题的题来做练习。ANSYS10.0教程第一章 ANSYS的安装和配置 ANSYS程序包括两张光盘：一张是ANSYS经典产品安装盘，另一张是ANSYSWorkbench产品安装盘。本章以ANSYS100为例介绍ANSYS的安装、配置、启动及ANSYS的相关知识。 第一节 ANSYS的安装 一、安装ANSYS对系统的要求 安装ANSYS对计算机系统的要求如下。 1硬件要求 内存至少256M； 采用显存不少于32M的显卡，分辨率至少为1024x768，色彩为真彩色32位： 硬盘剩余空间至少2G； 安装网卡，设置好TCPIP协议，并且TCPIP协议绑定到此网卡上。注意在TCP1P协议中要设定计算机的hostname。 2软件系统要求 操作系统为Windows2000或WindowsXP以上。 二、安装ANSYS前的准备工作 1拷贝文件 先将安装光盘中MAGNITUDE文件夹拷入计算机中，如D：LMAGNITUDE，用Windows的记事本打开D：IAGNITUDE文件夹中的ansysdat文件，该文件的第一行内容为SERVERhostOOOOO(30000001055”，把host改为你的计算机名，如1wm是我的主机名，则host改为Ivan。执行命令所有程序附件，命令提示符进入DOS状态，键入1PCONFIGALL回车，所显示的physicaladdress即为网卡号，本例中计算机网卡的physicaladdress为000c6e10c8531055，则ansysdat文件的第一行内容修改为“SERVERlwm000c6e10c8531055”，以原文件名存盘退出。 2生成许可文件 运行D：MAGNITUDE文件夹中的keygenbat文件，生成licensedat，该文件就是ANSYS的许可文件，将它存放在指定目录下永久保存，本例中存放在D：LMAGNITUDE文件夹中。 三、安装ANSYS 将ANSYS的安装光盘放入光驱中，出现如图1-1的画面，选择Install ANSYS 100开始安装AHSYS100。 开始运行ANSYS安装程序，出现ANSYS安装欢迎界面如图1-2的所示，选择Next按钮进行下一步安装。第2页第3页第二章 实体建模 第一节基本知识 建模在ANSYS系统中包括广义与狭义两层含义，广义模型包括实体模型和在载荷与边界条件下的有限元模型，狭义则仅仅指建立的实体模型与有限元模型。建模的最终目的是获得正确的有限元网格模型，保证网格具有合理的单元形状，单元大小密度分布合理，以便施加边界条件和载荷，保证变形后仍具有合理的单元形状，场量分布描述清晰等。 一、实体造型简介 1建立实体模型的两种途径 利用ANSYS自带的实体建模功能创建实体建模： 利用ANSYS与其他软件接口导入其他二维或三维软件所建立的实体模型。 2实体建模的三种方式 (1)自底向上的实体建模 由建立最低图元对象的点到最高图元对象的体，即先定义实体各顶点的关键点，再通过关键点连成线，然后由线组合成面，最后由面组合成体。 (2)自顶向下的实体建模 直接建立最高图元对象，其对应的较低图元面、线和关键点同时被创建。 (3)混合法自底向上和自顶向下的实体建模 可根据个人习惯采用混合法建模，但应该考虑要获得什么样的有限元模型，即在网格划分时采用自由网格划分或映射网格划分。自由网格划分时，实体模型的建立比较1e单，只要所有的面或体能接合成一体就可以：映射网格划分时，平面结构一定要四边形或三边形的面相接而成。 二、ANSYS的坐标系 ANSYS为用户提供了以下几种坐标系，每种都有其特定的用途。 全局坐标系与局部坐标系：用于定位几何对象(如节点、关键点等)的空间位置。 显示坐标系：定义了列出或显示几何对象的系统。 节点坐标系：定义每个节点的自由度方向和节点结果数据的方向。 单元坐标系：确定材料特性主轴和单元结果数据的方向。 1全局坐标系 全局坐标系和局部坐标系是用来定位几何体。在默认状态下，建模操作时使用的坐标系是全局坐标系即笛卡尔坐标系。总体坐标系是一个绝对的参考系。ANSYS提供了4种全局坐标系：笛卡尔坐标系、柱坐标系、球坐标系、Y-柱坐标系。4种全局坐标系有相同的原点，且遵循右手定则，它们的坐标系识别号分别为：0是笛卡尔坐标系(cartesian)，1是柱坐标系第13页(Cyliadrical)，2是球坐标系(Spherical)，5是Y-柱坐标系(Y-aylindrical)，如图2-1所示。 ANSYS引用坐标系x轴、Y轴、z轴代表不同的意义，笛卡尔坐标系的X轴、Y轴、Z轴分别代表其原始意义；柱坐标系的x轴、Y轴、z轴分别代表径向R、轴向O和轴向Z；球坐标系的X轴、Y轴、z轴分别代表R、O、p。 注意：4种全局坐标系有共同的原点 2局部坐标系 局部坐标系是用户为了方便建模及分析的需要自定义的坐标系，可以和全局坐标系有不同的原点、角度、方向。 (1)建立局部坐标系 1)通过当前激活的工作平面的原点为中心来建立局部坐标系 Command方式： CSWPLA，KCN，KCS，pARl，PAll2 aKCN：坐标系编号。KCN是大于10的任何一个编号。 bKCS：局部坐标系的属性。KCS=O时为笛卡尔式坐标系；KCS=1时为柱坐标系；KCS=2时为球坐标系：KCS-3时为环坐标系：KCS-4时为工作平面坐标系：KCS=5时为柱坐标系。 cPAR1：应用于椭圆、球或螺旋坐标系。当KCS=1或2时，PAR1是椭圆长短半径(YX)的比值，默认为1(圆)：当KCS=3时，PARI是环形的主半径。 dPAR2：应用于球坐标系，当KCS=2时，PAR2是椭球Z轴半径与x轴半径的比值，默认为1(圆)。 GUI方式： WorRPlaneLocal Coordinate SystemsCreate Local CSAt WP Origin 2)通过已定义的关键点来建立局部坐标系 Command方式： CSKP,KCN，KCS，PORlG，PXAXS，PXYPL，PARl，pAR2 aKCN：坐标系编号。KCN是大于10的任何一个编号。 bKCS：局部坐标系的属性。KCS=0时为笛卡尔式坐标系；KCS=1时为柱坐标系；KCS=2时为球坐标系：KCS=3时为环坐标系；KCS=4时为工作平面坐标系；KCS=5时为柱坐标系。 cPORlG：以该关键点为新建坐标系原点，若该值为P，则可进行GUI选取关键点操作。 dpXAXS，定义x轴的方向，原点指向该点方向为x轴正向， ePXYPL：定义Y轴的方向，若该点在x轴的右侧，则Y轴在x轴的右侧，反之在左侧。第三章划分网格 第一节基本知识 几何实体模型并不参与有限元分析，所有施加在有限元边界上的载荷或约束，必须最终传递到有限元模型上(节点和单元)进行求解。因此，在完成实体建模之后，要进行有限元分析，需对模型进行网格划分将实体模型转化为能够直接计算的网格，生成节点和单元。 一、有限元网格概述 1网格类型 总的来说，ANSYS的网格划分有两种： 自由网格划分(Free meshing)和映射网格划分(Mapped meshing)，如图31所示。 自由网格划分主要用于划分边界形状不规则的区域，它所生成的网格相互之间是呈不规则排列的。对于复杂形状的边界常常选择自由网格划分。自由网格对于单元形状没有限制，也没有特别的应用模式。缺点是分析精度往往不够高。 与自由网格划分相比较，映射网格划分对于单元形状有限制，并要符合一定的网格模式。映射面网格只包含四边形或三角形单元，映射体网格只包含六面体单元。映射网格的特点是具有规则的形状，肆元明显地成行排列。 一般来说映射网格往往比自由网格划分得到的结果要更加精确，而且在求解时对CPL和内存的需求也相对要低些。如果用户希望用映射网格划分模型，创建模型的几何结构必须由一系列规则的体或面组成，这样才能应用于映射网格划分。因此，如果确定选择映射网格，需要从建立几何模型开始就对模型进行比较详尽的规划，以使生成的模型满足生成映射网格的规则要求。ANSYS支持的单元形状与网格类型见表3-1。 2划分网格的过程 在ANSYS程序当中，有限元的网格是由程序自己来完成的，用户所要做的就是通过给出一些参数和命令来对程序实行“宏观调控”。网格划分过程的3个步骤如下： 定义单元属性 定义单元属性的操作主要包括定义单元类型、定义实常数和定义材第46页料参数等。 定义网格划分控制 ANSYS程序提供了大量的网格生成控制，用户可以根据模型的形状和单元特点选用。 生成网格 其中第步的设置有时是不需要的，因为默认网格控制对许多模型都是适用的。可定义单元属性对于网格划分来说是必不可少的，它不仅影响到网格划分，而且对求解的精度也有很大影响。 二、定义单元属性 在生成节点和单元网格之前，必须定义合适的单元属性。 1定义单元类型 在有限元分析过程中，对于不同的问题，需要应用不同特性的单元，单元选择不当，直接影响到计算能否进行和结果的精度。ANSYS的单元库中提供了200多种单元类型，每个单元都有唯一的编号，如LINK1、pLANE2、BEAM3和SOLID45等，几乎能解决大部分常见问题。 下面用GUI的方式介绍定义单元类型的常用操作步骤。 选择MainMenuPreprocessorElement TypeAddFxlitDelete命令，弹出如图3-2所示的Element Type对话框(初次定义时，列表框中显示“NONE DEFINED”，表示没有任何单元被定义)。 单击Add按钮，弹出Library of Element Types对话框，如图3-3所示。可以看到，列表框中列出了单元库中的所有单元类型。左侧列表框中显示的是单元的分类，右侧列表框为单元的特性和编号，选择单元时应该先明确自己要定义的单元类型，如LINK、PLANE、BEAM和SOLID等，然后从右边列表框中选择合适的单元。 在左侧列表框中选择Solid，则右侧列表框中将显示所有的Solid单元，如Brick 8node45即为Solid45单元。选中此单元，并在Element type reference number文本框中输入参考号，默认为“1”，单击OK按钮即可，如图33所示。 此时，单击Apply按钮，可继续添加别的单元类型，同时Element type reference number文本框中的数值将自动变为“1”用户可以模仿前面介绍的方法，定义一个BEAM3单元，单击OK按钮后，返回单元类型对话框，如图3-4所示。第四章 逻辑选择 第一节基本知识 若用户只对模型的某一部分进行操作处理，如加载、有选择性地观察结果等，则可利用选择功能。选择功能可以选择节点、单元、关键点、线、面、体等子集，以便能够在该部分实体上进行操作。 所有的ANSYS数据都在数据库内，利用选择功能，用户可以方便地只选择数据的某部分进行操作。例如：显示第一象限内的点、删除所有半径在05与10之间的弧段、只观察材料是钢的单元的计算结果等。 利用选择功能的典型例子包括施加载荷、列出子集结果、或者是绘制所选实体等。选择功能的另一个有用特征是能够选择实体的子集并给这个子集命名。例如：可以选择组成水泵叶片部分的所有单元，并把它命名为子集blade。像这样命名的子集叫做元件，几个元件组成一个部件。 进入ANSYS选择Select菜单，操作命令为GUI：Utility MenuSelect。 一、选择实体 1实体类型 运行选择实体的操作命令GUI：Utility MenuSelectEntities，弹出实体选择对话框，如图4-1所示。实体类型包括Nodes、Elements、Volumes、Areas、Lines、Keypoints。 2选择准则 选择准则与实体类型有关，不同的实体类型对应不同的选择准则。如选择节点的准则有：ByNumPick项，通过实体号或通过拾取操作进行选择。Attached to项，通过实体的隶属关系进行选择。By Locafion项，根据X，Y，Z坐标位置选择。By Attributes项，根据材料号、实常数号等进行选择，不同的实体所用的属性不相同。Exterior项，选择模型外边界的实体。By Results项，根据结果数据选择。3选择方式选择实体的方式有七种，如图4-2所示。各项的含义为：From Full项，从整个实体集中选择一个子集，阴影部分表示活动子集。Reselect项，从选中的子集中再选择一个子集，逐步缩小子集的选择范围。Also Select项，在当前子集中添加另外一个不同的子集。Unselect项，从当前子集中去掉一部分，与Reselect的选择刚好相反。Select All项，恢复选择整个全集。Select None项，选择空集。Invert项，选择当前子集的补集。第71页 二、CompAssembly功能 此项为构件和部件的创建和选择功能菜单。用户可以将一些常用实体组合构造成一个构件Component，并给这个构件赋予一个构件名。也可以将多个构件组合构造成一个部件集合Assembly，部件也有自己的名字。在选择实体模型时，用户可以随时通过该项对应的名称来访问构成这些构件和部件的实体。 操作命令有GUI：Utility MenuSelectCompAssembly。 下面对CompAssembly子菜单中各功能选项进行介绍。 1CreateComponent生成构件 GUI：Utility MenuSelectCompAssemblyCreate Component。 在执行上述操作之前，必须先选择实体类型如节点、单元等。当选择组成元件的实体，执行该命令后，会弹出Create Component的对话框，输入创建的构件名，单击OK键结命令。 2Create Assembly生成部件 GUI：Utility MenuSelectComAssemblyCreate Assembly。 选定要构成部件的所有构件，运行上述菜单，弹出生成部件对话框，在此窗口输入所要创建部件的名字，即可创建由这些构件构成的部件。 3Edit Assembly编辑部件 GUI：Utility MenuSelectCompAssemblyEdit Assembly。 运行上述菜单，弹出EditAssembly对话框可以对部件进行编辑。选定要编辑的部件，可以对其中的构件进行删除操作，也可以向部件中添加构件。 4SelectCompAssembly选择构件部件 GU：UtilityMenuSelectCompAssemblySelect Comp/Assembly。 运行上述菜单，弹出Select Component Assembly窗口，可以对先前定义的构件或者部件进行选取。 5ListCompAssembly列出构件部件 GUI：Utility MenuSelectCompAssemblyListCompAssembly。第五章加载与求解 施加载荷是有限元分析中关键的一步，可以对网格划分之后的有限元模型施加载荷，也可以直接对实体模型施加载荷。当对模型进行了划分网格和施加载荷之后，就可以选择适当的求解器对问题进行求解。 第一节基础知识 一、载荷的分类 ANSYS中载荷(Loads)包括边界条件和模型内部或外部的作用力。在不同的学科中，载荷的定义如下。 结构分析：位移、力、压力、弯矩、温度和重力。 热分析：温度、热流率、对流、内部热生成、无限远面。 磁场分析：磁势、磁流通、磁电流段、源电密度、无限远面。 电场分析；电势(电压)、电流、电荷、电荷密度、无限远面。 流场分析：速度、压力。 在ANSYS中，载荷主要分为六大类：DOF约束(自由度约束)、力(集中载荷)、表面载荷、体载荷、惯性力及耦合场载荷，它们的含义为如下。 DOF约束(DOF constraint)：用户指定某个自由度为已知值。在结构分析中约束是位移和对称边界条件：在热力学分析中约束是温度和热流量等。 力(集中载荷)(Fome)：施加于模型节点的集中载荷。如结构分析中的力和力矩，热分析中的热流率。 表面载荷(SurfaceLoad)：作用在某个表面上的分布载荷。如结构分析中的压力，热分析中的对流和热流量。 体载荷(Body loads)：作用在体积或场域内。如结构分析中的温度和重力，热分析中的热生成率。 惯性载荷(Inertia loads)：结构质量或惯性引起的载荷。如重力加速度、角速度和角加速度，主要在结构分析中使用。 耦合场载荷(Coupled-field loads)：它是一种特殊的情况，从一种分析中得到的结果用作另一种分析的载荷；如热分析中得到的节点温度可作为结构分析中的体载荷施加到每一个节点。 二、载荷步、子步和平衡迭代 1载荷步 载荷步是指分步施加的载荷，在线性静态或稳态分析中，可以使用不同的载荷步施加不第82页同的载荷组合。如图51所示，第一个载荷步用于线性载荷，第二个载荷步用于常数载荷部分，第二个载荷步用于卸载。 2子步 子步是指在一个特定的载荷步中每一次增加的步长，也称为时间步，代表一段时间。对于不同的分析类型，子步的作用不同： 在非线性静态分析或稳态分析中，使用子步逐渐施加载荷以便能获得精确解。 在线性或非线性瞬态分析或稳态分析中，使用于步满足瞬态时间积分法则(为获得精确解，通常规定一个最小的时间步长)。 在谐波分析中，使用于步可获得谐波频率范围内多个频率处的解。 3阶跃载荷和坡度载荷 在一个载荷步中，有两个或者两个以上的载荷步子步时，就必须选择所施加的载荷应该为阶跃载荷还是为坡度载荷。所谓阶跃载荷，就是指在第一个子步全部施加上去了，载荷在以后的每个子步中保持不变。坡度载荷就是指在每一个载荷步子步，载荷值都是递增的，直到最后一个载荷步子步，全部的载荷才施加上去。 4平衡迭代 平衡迭代是指在给定子步下为了收敛而计算的附加解。平衡迭代仅应用于收敛起着很重要作用的非线性分析(静态或瞬态)中的迭代修正。 三、通用选项 通用选项包括瞬态或者静态分析当中载荷步结束的时间、子步步数或者说时间步大小、阶跃载荷、热应力当中的参考温度。选择Main MenuSolutionLoad Step Opts命令展开载荷步选项菜单。选择Main MenuSolutionLoad Step OptsTimeFrequentTime-Time Step命令，弹出如图5-2所示的对话框。 注意：如果展开的载荷步选项菜单不完全，选择Main MenuSolutionUnabridgad Menu命令即可 TIME命令在与速率有关的问题当中是指实际的时间，要求指定一个时间值；在与速率无关的问题里面，时间是一个用作跟踪载荷的参数。显然，无论哪一种情况，都不能将时间设置为0。 DELTIM命令是给ANSYS程序分析指定时间步的大小，在通用选项的另外一个窗口Time and Substep Options当中，ANSYS程序是要通过NSUBST命令来指定分析过程当中的子步的大小。 KBC命令是指定载荷的施加是采用阶跃式还是采用坡度式(线性方式)。第83页第六章 后处理 第一节基本知识 对模型进行有限元分析后，通常需要对求解结果进行查看、分析和操作。检查并分析求解的结果的相关操作称为后处理。 用ANSY$软件处理有限元问题时，建立有限元模型并求解后，并不能直观地显示求解结果，必须用后处理器才能显示和输出结果。检查分析结果可使用两个后处理器：通用后处理器POSTl和时间历程后处理器POST26。输出形式可以有图形显示和数据列表两种。 一、通用后处理器POST1 这个模块用来查看整个模型或者部分选定模型在某一个时刻(或频率)的结果。对前面的分析结果能以图形、文本形式或者动画显示和输出，如各种应力场、应变场等的等值线图形显示、变形形状显示以及检查和解释分析的结果列表。另外还提供了很多其他功能，如误差估计、载荷工况组合、结果数据计算和路径操作等。 进入通用后处理器的路径为GUI：Main MenuGeneral Postproc。 1将数据结果读入数据库 要想查看数据，首先要把计算结果读入到数据库中。这样，数据库中首先要有模型数据(节点和单元等)。若数据库中没有数据，需要用户单击工具栏上的“KESUM DB”按钮(或输XRESUME命令，或GUI菜单路径：Utility MenuFileResume Jobnamedb)读取数据文件Jobname.db数据库包含的模型数据应与计算模型相同，否则可能会无法进行后处理。 默认情况下，ANSYS会在当前工作目录下寻找以当前工作文件命名的结果文件，若从其他结果文件中读入结果数据，可通过如下步骤选定结果文件。 运行Main MenuGeneral PostprocData & File Opts命令，弹出DataandFileOptions(数据和文件选项)对话框，如图61所示。在此对话框中选择后处理中将要显示或列表的数据，如节点单元应力、应变。此外，还要选择包含此结果的数据文件，对于结构分析模型，选择*rst文件，单击OK按钮则所选择的文件读入到数据库。对话框中各参数的意义如下。 (1)Data to be read项，选择要分析的结果。一般采用默认值All items或Basic items。 (2)Results file to be read项，在文本框中输入将要读入的结果文件名，或单击文本框右侧的按钮选择将要读入的结果文件。 一旦模型数据已经存在于数据库中，执行GUI：Main MenuGeneral PostprocRead Results命令，可将结果文件读入数据库。第108页2图像显示结果数据 POSTl具有强大的图形显示能力，所需结果存入数据库后，可以将读取的结果数据通过不同的形式用图形直观地显示出来。 (1)等值线显示 等值线显示表现了结果项(如应力、变形等)在模型上的变化，它用不同的颜色表示结果的大小，具有相同数值的区域用相向的颜色表示。因此通过等值线显示，可以非常直观地得到模型某结果项的分布情况。 (2)变形后的形状显示 在结构分析中可用它观察在施加载荷后的结构变形情况，显示变形的方式有三种选项： Def Shape only项，仅显示变形后的形状。 Def+undeformed项，显示变形前后的形状。 Def+underedge项，显示变形后的形状及未变形的边界。 (3)矢量显示 矢量显示可用箭头显示模型牛某个矢量大小和方向的变化。鲒构分析中的位移、转动、主应力等都是矢量。 (4)路径显示 路径图是显示某个变量(例如位移、应力、温度等)沿模型上指定路径的变化图。沿路径还可以进行各种数学运算，得到一些非常有用的计算结果。但是仅能在包含实体单元(二维或三维)或板壳单元的模型中定义路径，对仅包含一维单元的模型，路径功能不可用。 以图形方式观察结果沿路径的变化或者沿路径进行数学运算需要遵从以下步骤： 定义路径属性。 定义路径点。 沿路径插值(映射)结果数据。 显示结果。一旦把结果影射到路径上，可用图像显示或列表显示方式观察结果沿定义的路径变化情况，也可以执行算术运算。 要查看某项结果沿路径的变化情况，首先要定义路径(Path)。ANSYS提供了3种定义路径的方法：通过节点定义路径、在工作平面上定义路径和通过路径定义点来定义路径。通过节点定义路径的GUI操作步骤为：运行Main MenuGeneral PostprocPath OperationsDefine PathBy Nodes命令，弹出节点选择对话框，选择足够多的节点以定义路径。 节点选择完毕后单击OK按钮，弹出如图6-2所示的对话框。在Define Path Name文本框中输入路径名；在Number of datasets(数据项的个数)文本框中输入可以映射到所定义的路径上的结果项数目的最大值，此项最小值4，默认值为30；在Number of divisions(分割个第109页第七章 桁架和梁的有限元分析 第一节基本知识 一、桁架和粱的有限元分析概要 1桁架杆系的有限元分析概要 桁架杆系系统的有限元分析问题是工程中晕常见的结构形式之一，常用在建筑的屋顶、机械的机架及各类空间网架结构等多种场合。 桁架结构的特点是，所有杆件仅承受轴向力，所有载荷集中作用于节点上。由于桁架结构具有自然离散的特点，因此可以将其每一根杆件视为一个单元，各杆件之间的交点视为一个节点。 2梁的有限元分析概要 梁的有限元分析问题也是是工程中最常见的结构形式之一，常用在建筑、机械、汽车、工程机械、冶金等多种场合。 梁结构的特点是，梁的横